JPS63259453A - センサ用プラグ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明は、内燃機関の排気路に配置され、排気ガス中
の酸素濃度検出するためのｗｉ素センサといったセンサ
用プラグに関する。

［従来の技術］ 内燃機関例えば、自動車のエンジンにあっては、排気路
には酸素センサが取付けられ、排気ガス中の酸素濃度を
検出し、この検出データに基づいてコンピユー・夕によ
り空燃比を算出し、燃料噴１ｆｆｉを適宜に制御してエ
ンジンでの良好な燃焼を維持するようにしている。

この酸素センサは、第５図に示す如く筒状の取付合具１
内に、検出素子として先端が閉じた中空柱状の固体電解
質素子２を、環状隙間３を隔てて同軸的に配設して成っ
ている。この取付金具１の内周壁には先細のテーバ付段
１ａが周設され、固体電解質素子２の外周壁にはっは部
４が周設されている。このつば部４の先端がわ面（図示
下面）は、前記段１ａに対応するように先細のテーパ面
４ａとなっている。

そして、前記環状隙間３内には、アルミｔなどのセラミ
ック製の絶縁環５が固体電解質素子２に対して同軸的に
嵌め込まれている。この絶縁環５は、前記段１ａに係合
する先細のテーパ付の先端面５Ｂと、前記つば部４の先
端がわ面に係合する内側テーパ面５Ｃと、前記つば部４
の外周側面と遊合する内側周面５ｄと、前記取付金具１
の内側周面に遊合する外側周面５ｅと、後端部に水平面
状の後端面５ｆとを備えている。

また、環状隙間３には前記絶縁環５の俊に、セラミック
粉末からなるシール部材６が、つば部４の後端がわ面（
図示上面）と後端面５ｆとの双方に当接するように充填
され、その後に、碍管２０が嵌め込まれている。そして
、取付金具１の後端１ｂをかしめることにより、碍管２
０からシール部材６に対して軸方向に押圧力Ｐが付与さ
れ、もって取付金具１内に固体電解質素子２が絶縁環５
を介して封止固着される。

［発明が解決しようとする問題点］ しかるに、従来の酸素センサにおいては、第５図のよう
に絶縁環５の後端面５ｆは、水平面とされていたので、
上記の押圧力Ｐは後端面５「の下方に垂直状態に伝わり
、この結果、絶縁環５には、内側テーパ面５Ｃとつば部
４のデーパ面４ａとの模作用により径方向で外方に引張
力Ｐ１が働くとともに、先端面５Ｂと段１ａとの模作用
により径方向で中心向きに圧縮力Ｐ２が作用する。この
場合、セラミックは一般に、引張力および剪断力には弱
いうえに絶縁環が不可避的に遊合状態にあることから、
上記の引張力Ｐ１により絶縁環５が変形力を受けて亀裂
などの破損を生ずる虞れがある。

［発明の目的］ この発明は上記のことを考慮してなされたもので、その
目的は絶縁環に加わる径方向で外向きの引張力を効果的
に相殺することによって絶縁環に不用意に亀裂などの破
損が生ずることがなく、耐久性が向上し長寿命化に寄与
できるセンサ用プラグを提供することにある。

Ｅ問題を解決するための手段］ この発明は、先端がね内周面に先細のテーバ付段が周設
された筒状の取付金具内に、外周面に先端がね面が先細
のテーパ面となっているつば部が周設された検出素子を
前記取付金具と検出素子との間に、前記段に係合する先
細のテーパ付の先端面と、前記つば部の先端がわ面に係
合する内側デーパ面と、前記つば部の外周側面と遊合す
る内側周面と、前記取付金具の内側周面に遊合する外周
側面と、後方に向って細まるチー・パ付ぎ後端面とを備
えたセラミック製の絶縁環を介在さＶで同軸的に嵌め込
み、前記取付金具と前記検出素子との間の前記絶縁環の
後方に、前記つば部の後端がわ面と絶縁環の後端面とに
少なくとも当接してシール部材を入れ、前記取付金具の
後部からシール部材に先端方向の押圧力を付与すること
により前記取付金具内に前記絶縁環を介して前記検出素
子を封止固着せしめたセンサ用プラグにおいて、前記絶
縁環の後端面のテーパ角を９０度以上１６０度以下に設
定した構成を採用している。

［発明の作用と効果］ 上記のように構成した本発明によれば、前記絶縁環の後
端面のテーパ角を９０度以上１６０度以下に設定したこ
とにより、取付金具の後部からシール部材の先端方向に
指向する押圧力で絶縁環の先端面および後端面には径方
向で中心向きの圧縮力Ｐ２　、Ｐ３　（第１図に示す）
が作用する。この二つの圧縮力Ｐ２　、ｒ’３により径
方向外向きの引張力Ｐ１は、効果的に相殺されるので、
絶縁環に亀裂などの破損が生ずることがなく、耐久性が
向上して長寿命化に寄与できるといった実用的に優れた
効果を有するセンサ用プラグを提供し得る。

［実施例］ 以下この発明の一実施例を第１図ないし第４図を参照し
て説明する。

先ず第１図において、１は酸素センサの取付金具で、筒
状を成し、外周部には六角部と取付ねじとが形成され、
内周面には先端部に先細り状のテーバ付段１ａが設けら
れている。２は検出素子としての固体電解質素子で、先
端が閉じ後端が開口した中空円柱状を呈し、酸素イオン
伝導性固体電解質焼結体１５の両面に多孔性の電極層１
３．１４を形成して成る。この固体電解質素子２は、外
周面に先端面を先細のテーパ面４ａとし、後端部を後端
がわ面４ｔとし、段１ａに対応するつば部４が周設され
、環状隙ｆｌ１３を隔てて取付金具１内に同軸的に、配
設されている。そして、該固体電解質素子２の電極層１
３に：は基準とする気体が接触し、電極層１４にはエン
ジンからの排気ガスが接触し、耐糸濃度差に基づいて両
電極層１３．１４間に電位差が生ずるようになっている
。取付金具１０段１ａおよびつば部４のテーパ面４ａは
製作上、強度上あるいはシール性確保のために通常では
、これらのテーパ角ｅ１、θ２が９０度以上１６０度以
下となるように設定している。

５は電気絶縁性のセラミック例えば、９６％のアルミナ
により形成されて環状隙間３内に固体電解質素子２と同
軸的ｋｌＳｉｌ！設された絶縁環であり、明確には第２
図に示す如く先細のテーパ付の先端面５Ｂと、内側テー
パ面５Ｃと、内側周面５ｄと、外側周面５ｅと、後方に
向って細まるテーバ付後端面５ｔとを備えている。この
絶縁環５は、内側周面５ｄをつば部４の外周側面に遊合
し、外側周面５ｅを取付金具１の内側周面に遊合してい
る。

また、先端面５Ｂは、取付金具１の段１ａにパツキンｂ
を介して面接触状態に係合し、内側テーパ面５Ｃはパツ
キンａを介してつば部４のテーパ面４ａにｔｆＥｉ接触
状態に係合している。そして、絶縁環５においては、上
下の高さ寸法Ｈを（５，５±＋　　０．１２ ０°１）Ｉｍ、内径寸法Ｄ１を（７，３７−）ＩＳ−〇
、１ ｍ１外径寸法Ｄ２を（１１，５）＋ａｓ、！＝（１＋　
　０．０３ １．５　　　　　）＋＋＋ｍの範囲および内側周面５ｄ
の内径寸法Ｄ３を（９，１±０°１）１１−にそれぞれ
設定している。また、絶縁環５の先端面５Ｂおよび内側
テーパ面５Ｃのテーパ角θ３、θ４は、テーパ面４ａお
よび段１ａのテーパ角ｅ１、ｅ２の大きさに対応させて
おり、テーバ付後端面５ｔのテーパ角ｅ５は、９０度以
上１６０度以下の範囲となるように設定している。この
状態で、固体電解質素子２に後端部から５００＆ｙｆの
荷重を全面的に加えることにより予め固体電解質素子２
とパツキンａ、ｂとのなじみが良くなるようにしている
。

６は滑石（タルク）からなる粉末状のシール部材で、環
状隙［３内に絶縁環５の後端面５ｔおよびつば部４の後
端がわ面４ｔの双方に当接するように充填されている。

この充填にあたっては、２５００Ｋｙｆ／ｍの圧力によ
りシール部材６を軸方向下方に押圧する。ついで、取付
金具１の後端からシール部材６の後端に至る距離が所定
となるように、シール部材６の充填量を加減し、例えば
、厚さ寸法が略５ＩＩ１ｍになるように調整する。

２０は碍管で、これは中でも第３図に示す如く環状隙間
３内にシール部材６の後方に位置するように配設されて
いる。２２は保護筒で、これの先端に形成した脚部２２
ａは、取付金具１の後端部内に嵌合状態で且つ碍管２０
の後端面にガスケット２１を介して当接状態に位置して
いる。この状態で、取付金具１の後端部を５６０Ｎｆｆ
／ｃｍの力でかしめ、取付金具１内に絶縁環５を介して
固体電解質素子２を封止固着するとともに、脚部２２ａ
および碍管２０を抜止め状態に保持している。その後、
取付金具１の後端外周部に形成した環状溝３０（第３図
参照）を高周波加熱装置などにより９００度（’Ｃ）程
度に加熱し、かしめ変形に伴い取付金具１に発生した内
部応力を除去している。

２３は保ｍ簡２２に嵌合された被覆筒、２４は取付金具
１の先端部に嵌合された有孔状の熱保護キャップである
。なお、２５．２６は電極層１３．１４に接続されたリ
ード線、２７は固体電解ｖ１素子２の電極層１３内に配
置されたヒータ、２８はヒータ２７に対する通電用のリ
ード線、２９は被覆筒２３に内嵌され、自身の挿通孔に
よりリード線２５．２６．２８を保持するゴム製の保持
性である。

上記の如く構成された酸素センサにあっては、取付金具
１の後端部を５６０　Ｋｙｆ／ｃｒａの力でかしめる時
には、その力が第１図に矢印Ｐで示す如く脚部２２ａ１
ガスケツト２１、碍管２０およびシール部材６を介して
つば部４の後端がわ面４ｔと絶縁環５のテーバ付後端面
５ｔに、これらの係合面積に応じた配分状態で伝達され
る。

この構成に関しては、絶縁環５のテーバ付後端面５ｔの
テーパ角θ５を、９０度以上１６０１ｆｆ以下となるよ
うに設定したので、シール部材６からテーバ付後端面５
ｔに及ぼす荷重は、これら部材間の楔作用により絶縁環
５に対して矢印Ｐ３で示すように、径方向中心に向って
働く。

また、シール部材６からっは部４の後端がわ面４ｔに及
ぼす荷重は、テーパ面４ａから内側テーパ面５Ｃに働く
荷重ならびに、段１ａからテーパ付の先端面５Ｂに働く
荷重とに分かれる。

しかして、前者すなわち、テーパ面４ａから内側テーパ
面５Ｃに働く分力は、これらの間の楔作用により絶縁環
５に対して矢印Ｐ１で示す如く、径方向外方に向かって
働く。一方、後者すなわち、段１ａからテーパ付の先端
面５Ｂに働く分力は、これらの間の模作用により絶縁環
５に対して矢印Ｐ２で示すように径方向中心に向かって
働く。

これら矢印Ｐ２　、Ｐ３で示す径方向中心向きの力と、
矢印Ｐ１で示す径方向外向ぎの力とは、互いに逆方向で
あるから効果的に相殺され、この結果、取付金具１のか
しめ作業時に絶縁環５が９引張変形力により亀裂を生じ
たり、破損されることがなく、耐久性が向上し長寿命化
に貢献できるといった実用的に優れた効果を有する。

ちなみに、第４図は縦軸に絶縁環５におけるテーバ付後
端面５ｔのテーパ角（θ）を取り、横軸に絶縁環の破損
率（％）を取って示したグラフである。このグラフによ
ると、そのデーパ角（θ）が１６０度を越えると縦軸の
記号ＡないしＤで示すように破損率が急増し、９０度以
上１６０度以下の範囲では縦軸の記号ＥないしＧで示す
如く、０％からせいぜい１０％にとどまり破損率が非常
に低いことが分かり、本発明による改善が著く効果的で
あることを如実に表している。

なお、上記実施例では、酸素センサに適用したが、適用
範囲としては、固体電解質素子を用いたＲ糸センサのみ
に限られず、燃料濃度センサ、熱雷対によるクロメル−
アルメル形のセンサや燃料ｍｒ＊の全領域センサに適用
できる。

また、この発明の本質上、シール部＠６は、つば部４の
後端がわ面４ｔおよび絶縁ｆｆ１５の後端面５ｔの双方
にわたって当接することが必要であるが、これらの当接
割合は実施状態などに応じて適宜に設定することができ
る。。

さらには、上記実施例では、シール部材６の充填の際、
その上下厚み長さを５ｔ１ｍｌに設定したが、この厚み
長さに限定されないことは勿論である。

その他、具体的な実施にあたっては、発明の要旨を逸脱
しない範囲で神々変更できる。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第４図は本発明の一実施例を示し、第１図
は要部の拡大縦断面図、第２図は絶縁環の拡大縦断面図
、第３図は酸素セン９の部分縦断面図、第４図は絶縁環
のテーパ角（θ）とその破損率（％）との関係を示すグ
ラフ、第５図は従来の要部を示す拡大縦断面図である。 図中　　１・・・取付金具　１ａ・・・段　２・・・固
体電解質素子（検出素子）　４・・・つば部　４ａ・・
・テーパ面　４ｔ・・・後端がわ面　５・・・絶縁環　
５ｔ・・・テーバ付後端面　５Ｂ・・・テーバ付の先端
面　５Ｃ・・・内側テーパ面　５ｄ・・・内側周面　５
ｅ・・・外側周面６・・・シール部材

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 先端がわ内周面に先細のテーパ付段が周設された筒状の
   取付金具内に、 外周に先端がわ面が先端のテーパ面となっているつば部
   が周設された検出素子を、 前記取付金具と検出素子との間に、前記段に係合する先
   細のテーパ付の先端面と、前記つば部の先端がわ面に係
   合する内側テーパ面と、前記つば部の外周側面と遊合す
   る内側周面と、前記取付金具の内側周面に遊合する外側
   周面と、後方に向って細まるテーパ付き後端面とを備え
   たセラミック製の絶縁環を介在させて同軸的に嵌め込み
   、前記取付金具と前記検出素子との間の前記絶縁環の後
   方に、前記つば部の後端がわ面と絶縁環の後端面とに少
   なくとも当接してシール部材を入れ、前記取付金具の後
   部からシール部材に先端方向の押圧力を付与することに
   より前記取付金具内に前記絶縁環を介して前記検出素子
   を封止固着せしめたセンサ用プラグにおいて、 前記絶縁環の後端面のテーパ角を９０度以上１６０度以
   下に設定したことを特徴とするセンサ用プラグ。